靶标自动切换装置

1.本发明涉及光学系统参数检测领域，特别涉及一种靶标自动切换装置。


背景技术：

2.随着光电技术的快速发展，望远系统光学参数检测系统也逐渐向高精度、高自动化程度、高集成度、通用性强及一体化的方向发展，然而限制其自动化程度发展的瓶颈之一在于靶标切换装置能否满足参数标定的需求。
3.对于望远系统而言，常规需要测量的参数有十几种，如轴上、轴外mtf、视场角、分辨率、放大倍率、零位走动量、瞳孔距、视差、场曲、色差等关键技术指标，因此需要使用的检测靶标较多；目前靶标切换方案主要以下两种：一是根据被测参数需要，通过lcd显示屏显示测试靶标，虽然能实现多个测试靶标的自动切换，但由于lcd显示屏分辨率限制，其测量精度难以保证；二是通过靶标切换轮切换检测靶标，但目前现有靶标切换轮多数为单靶轮盘结构，同时嵌入所有测试用靶标后，体积较大，直接降低靶标切换轮的切换精度，影响测量结果，且只适合实验室等空间较大的环境下使用，对于综合性测量设备，影响其自动化、集成化、通用性发展；为了提高测量设备测量精度、自动化程度、集成度和通用性，需要一种可配合测量设备实现高精度参数标定的靶标自动切换装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种靶标自动切换装置。
5.为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
6.本发明提出的靶标自动切换装置，包括：靶轮组件、伺服电机组件、传动组件；其中，
7.靶轮组件包括至少两个靶轮盘单元，每个靶轮盘单元均包括：用于承载靶标的靶轮盘、用于光学测试的靶标、用于承载靶轮盘的轴承；
8.靶轮盘的边缘为齿轮结构；靶轮盘安装在轴承上；在靶轮盘上绕轴向均布有用于安装靶标的靶标安装孔；
9.用于控制靶轮组件转动的伺服电机组件包括：用于带动任意一个靶轮盘转动的第一伺服电机、用于传递力的主齿轮；主齿轮固定安装在第一伺服电机的输出轴上，且与靶轮盘的齿轮结构相啮合；
10.用于承载靶轮组件的传动组件包括：齿轮、用于带动齿轮转动的第二伺服电机、与齿轮啮合用于承载靶轮组件的传动杆；
11.齿轮固定安装在第二伺服电机的输出轴上，齿轮的中轴线和第二伺服电机的输出轴的轴线共线，且垂直于传动杆的中轴线；
12.第二伺服电机通过齿轮来驱动传动杆沿传动杆的中轴线作往复直线运动，使不同的靶轮盘分别与主齿轮啮合；
13.传动杆包括光轴段和齿条段；至少两个靶轮盘单元间隔安装在光轴段；齿条段与
齿轮啮合；齿条段的长度与传动杆的往复直线运动范围相对应；
14.靶轮盘的中轴线、第一伺服电机的输出轴的轴线、主齿轮的中轴线、传动杆的中轴线平行。
15.优选地，靶标自动切换装置还包括外壳组件；外壳组件包括：壳体、安装在壳体上的前挡板、与前挡板对立安装在壳体上的后挡板、法兰；
16.前挡板和后挡板均设有用于透过靶标的通光孔；通光孔的位置和靶标安装孔的位置对应；通光孔的尺寸不小于靶标安装孔的尺寸；法兰分别安装在前挡板和后挡板的通光孔处。
17.优选地，靶标自动切换装置还包括用于控制伺服电机组件和传动组件的控制组件；
18.控制组件包括：用于控制第一伺服电机的第一控制器、用于控制第二伺服电机的第二控制器、用于定位靶轮盘的限位开关；
19.第一控制器和第二控制器分别安装在第一伺服电机和第二伺服电机上；限位开关的安装位置与靶轮组件的运动起始位置对应。
20.优选地，靶轮盘单元还包括：用于防止靶轮盘在无驱动状态下自由旋转的顶针、为顶针提供预紧力的弹簧、用于将靶标固定安装在靶标安装孔上的压圈、用于固定弹簧和顶针的紧定螺钉；顶针的中轴线垂直于靶轮盘的中轴线。
21.优选地，伺服电机组件还包括：用于支撑第一伺服电机的输出轴的滚动轴承组和轴承座；
22.第一伺服电机安装在壳体和后挡板上；轴承座固定安装在壳体上。
23.优选地，传动组件还包括：用于将第二伺服电机固定在后挡板上的固定架、安装在前挡板上用于支撑传动杆的第一滑动轴承、安装在后挡板上用于支撑传动杆的第二滑动轴承；
24.传动杆上设有用于和顶针相配合的凹槽；凹槽的数量与靶轮盘单元的数量相同；
25.传动杆的中轴线、第一滑动轴承的中轴线、第二滑动轴承的中轴线共线。
26.优选地，限位开关安装在壳体上。
27.优选地，第一伺服电机和第二伺服电机均设有编码器和减速装置。
28.优选地，传动杆上用于承载靶轮组件的光轴段设有销口，销口通过卡销轴向固定靶轮组件。
29.优选地，在靶轮组件中，至少两个靶轮盘的齿轮结构的齿根圆所在平面均相互平行。
30.本发明能够取得以下技术效果：
31.本发明采用多个靶轮盘单元并排安装，缩小了切换装置的体积，且靶轮盘数量可根据实际情况进行选择；通过控制单元驱动两个伺服电机旋转即可实现靶轮盘的选择和靶标的精确切换与调整，无需人为更换或调整，减小了主观误差的引入；本发明结构简单，同时预留了与不同平行光管或光源配合使用的连接接口，可拓展性强；本发明整体切换效率高、自动化程度高、适用性强，能满足望远系统光学参数检测及其他多种光电设备性能检测的需要。
附图说明
32.图1是根据本发明实施例的靶标自动切换装置的正面内部结构示意图；
33.图2是根据本发明实施例的靶标自动切换装置的正面外观示意图；
34.图3是根据本发明实施例的靶轮组件与伺服电机组件的配合示意图；
35.图4是根据本发明实施例的靶标自动切换装置的侧面全剖视图：
36.图5是根据本发明实施例的传动组件的结构示意图；
37.图6是根据本发明实施例的靶轮盘、顶针与传动杆凹槽的配合示意图。
38.其中的附图标记包括：外壳组件1、前挡板11、壳体12、后挡板13、法兰14、靶轮组件2、靶轮盘21、靶标22、轴承23、压圈24、紧定螺钉25、弹簧26、顶针27、靶标安装孔28、伺服电机组件3、第一伺服电机31、主齿轮32、滚动轴承组33、轴承座34、传动组件4、第二伺服电机41、固定架42、齿轮43、传动杆44、第一滑动轴承45、第二滑动轴承46、凹槽47、控制组件5、限位开关51。
具体实施方式
39.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
40.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
41.下面结合图1到图6对本发明的具体工作方式进行详细说明：
42.如图1所示，本发明提出一种靶标自动切换装置，包括：外壳组件1、靶轮组件2、伺服电机组件3、传动组件4、控制组件5；
43.外壳组件1用于支撑和保护其他组件。外壳组件1包括：前挡板11、壳体12、后挡板13、法兰14。
44.前挡板11安装在壳体12上。
45.后挡板13安装在壳体12上，且与前挡板11的位置相对。
46.前挡板11和后挡板13均设有用于透过靶标22的通光孔；通光孔的位置和靶标安装孔28的位置对应；通光孔的尺寸不小于靶标安装孔28的尺寸；
47.法兰14分别安装在前挡板11和后挡板13的通光孔处。
48.靶轮组件2用于承载及切换靶标22。靶轮组件2包括至少两个靶轮盘单元，每个靶轮盘单元均包括：靶轮盘21、靶标22、轴承23、压圈24、用于固定弹簧26和顶针27的紧定螺钉25、弹簧26、顶针27。
49.靶轮盘单元的数量可根据实际测试需求相应调整。多个靶轮盘单元间隔安装在传动杆44上。多个靶轮盘单元中的多个靶轮盘21的齿轮结构的齿根圆所在平面均相互平行。
50.靶轮盘21用于承载靶标22。如图3所示，靶轮盘21的边缘为齿轮结构；靶轮盘21通过轴承23安装在传动杆44上；在靶轮盘21上绕轴向均布有用于安装靶标22的靶标安装孔28、用于安装顶针27的通孔。
51.为保证靶标自动切换装置的切换精度，靶标安装孔28的位置与齿轮结构中的轮齿
有固定的角度关系。为了实现多个靶轮盘21的配合使用，靶标安装孔28的数量多于靶标22的数量，多出来的靶标安装孔28不安装靶标22，作为通光孔来透过其他靶轮盘21上的靶标22。
52.在本发明的一个实施例中，每个靶轮盘21留有一个靶标安装孔28不安装靶标22，作为通光孔。
53.靶标22用于光学测试。靶标22要根据实际光学测试要求来选用。
54.轴承23用于承载靶轮盘21。轴承23选用径向游隙不变的轴承。在本发明的一个实施例中，轴承23选用滚动轴承。
55.压圈24用于将靶标22固定安装在靶标安装孔28上。在本发明的一个实施例中，压圈24通过和靶标安装孔28过盈配合的方式，来将靶标22固定。
56.紧定螺钉25用于固定弹簧26和顶针27。紧定螺钉25安装在靶标盘21上。
57.弹簧26用于为顶针27提供预紧力，来保证顶针27与凹槽47紧密配合，来防止靶轮盘21在无驱动状态下自由旋转。
58.顶针27用于防止靶轮盘21在无驱动状态下自由旋转。如图6所示，顶针27的中轴线垂直于靶轮盘11的轴线。紧定螺钉25、弹簧26、顶针27依次安装在靶轮盘21内。
59.伺服电机组件3用于控制靶轮组件2转动。伺服电机组件3包括：第一伺服电机31、主齿轮32、滚动轴承组33和轴承座34。
60.第一伺服电机31用于带动任意一个靶轮盘21转动。第一伺服电机31安装在壳体12和后挡板13上。为实现靶轮盘21高精度转动及靶标22的高精度切换，第一伺服电机31设有编码器和减速装置。
61.主齿轮32用于传递第一伺服电机31的力，来带动靶轮盘21转动。主齿轮32固定安装在第一伺服电机31的输出轴上，且与靶轮盘21的齿轮结构相啮合。主齿轮32的齿宽要保证主齿轮32在和一个靶轮盘21啮合时，不与其他的靶轮盘21接触，以免发生运动干涉。
62.在本发明的一个实施例中，主齿轮32通过与第一伺服电机31的输出轴键连接来传递力。
63.滚动轴承组33和轴承座34用于共同支撑第一伺服电机31的输出轴。滚动轴承组33固定安装在轴承座34上。滚动轴承组33选用径向游隙不变的轴承。轴承座34固定安装在壳体12上。
64.在本发明的一个实施例中，轴承座34通过螺钉固定安装在壳体12上。
65.传动组件4用于承载靶轮组件2。如图5所示，传动组件4包括：第二伺服电机41、固定架42、齿轮43、传动杆44、第一滑动轴承45、第二滑动轴承46。
66.第二伺服电机41通过齿轮43来驱动传动杆44沿传动杆44的中轴线作往复直线运动。为保证主齿轮32与靶轮盘21的精确切换及精确定位，第二伺服电机41设有编码器和减速装置。
67.固定架42用于将第二伺服电机41固定在后挡板13上。如图5所示，在本发明的一个实施例中，固定架通过螺钉将第二伺服电机41固定在后挡板13上。
68.齿轮43用于带动传动杆44运动。齿轮43固定安装在第二伺服电机41的输出轴上；齿轮43的中轴线和第二伺服电机41的输出轴的轴线共线，且垂直于传动杆44的中轴线。在本发明的一个实施例中，齿轮43通过与第二伺服电机41的输出轴键连接来带动传动杆44运
动。
69.传动杆44用于承载靶轮组件2。传动杆44与齿轮43啮合。如图6所示，传动杆44上设有用于和顶针27相配合的凹槽47；凹槽47的数量与靶轮盘单元的数量相同。
70.传动杆44包括光轴段和齿条段；光轴段用于承载靶轮组件2；至少两个靶轮盘单元间隔安装在光轴段；光轴段还设有销口，销口通过卡销轴向定位靶轮组件2。齿条段用于和齿轮43啮合；齿条段的长度与传动杆44的往复直线运动范围相对应。齿条段不影响传动杆44的往复直线运动。
71.传动杆44的中轴线、第一滑动轴承45的中轴线、第二滑动轴承46的中轴线共线。
72.第一滑动轴承45用于支撑传动杆44。第一滑动轴承45安装在前挡板11上。如图4所示，在本发明的一个实施例中，第一滑动轴承45通过螺钉固定安装在前挡板11上。
73.第二滑动轴承46用于支撑传动杆44。第二滑动轴承46安装在后挡板13上。如图4所示，在本发明的一个实施例中，第二滑动轴承46通过螺钉固定安装在后挡板13上。
74.靶轮盘11的中轴线、第一伺服电机31的输出轴的轴线、主齿轮32的中轴线、传动杆44的中轴线平行。
75.控制组件5用于控制伺服电机组件3和传动组件4。控制组件5包括：第一控制器、第二控制器、限位开关51。
76.第一控制器用于控制第一伺服电机31。第一控制器安装在第一伺服电机31上。
77.第二控制器用于控制第二伺服电机41。第二控制器安装在第二伺服电机41上。
78.限位开关51用于定位靶轮盘21。限位开关51的安装位置与靶轮组件2的运动起始位置对应。如图4所示，限位开关51安装在壳体12上。在本发明的一个实施例中，限位开关51通过螺钉固定安装在壳体12上。
79.本发明提出的靶标自动切换装置的工作原理如下：
80.将控制组件5、伺服电机组件3和第二伺服电机41通电，首先由控制单元5中的第二控制器控制第二伺服电机41转动，通过齿轮43和传动杆44来带动靶轮组件2向后挡板13方向作直线移动，当靶轮组件2中最后面的一个靶轮盘21触发限位开关51后，停止第二伺服电机41的转动，此时靶轮组件2的位置即为运动初始位置。
81.当需要根据实际光学测量的要求来切换靶标22时，首先确定所需靶标22所在的靶轮盘21的位置，然后第一控制器控制第一伺服电机31保持不动，第二控制器控制第二伺服电机41转动，通过齿轮43和传动杆44来带动靶轮组件2在传动杆44的轴向作直线运动，直至所需靶标22所在的靶标盘21与主齿轮32正确啮合后第二伺服电机41停止转动，此时，完成了靶轮盘21的切换；最后，第二控制器控制第二伺服电机41保持不动，第一控制器控制第一伺服电机31开始转动，通过主齿轮32和靶轮盘21将所需靶标22转动到前挡板11的通光孔处，停止第一伺服电机31的转动；对比观察前挡板11的通光孔的轴线和位于所需靶标22所在的靶标盘21之前的其他靶标盘21的通光孔的轴线，转动那些轴线不重合的靶标盘21；在保证其他靶标盘21的通光孔(即不安装靶标22的靶标安装孔28)的轴线均和前挡板11的通光孔的轴线重合，且所需靶标22位于前挡板11的通光孔处，则完成了根据实际光学测量的要求来切换靶标22。
82.值得注意的是，通常在初始状态时，所有靶轮盘21上的通光孔的轴线都与前挡板11的通光孔的轴线重合；因此，当要切换到所需靶标22时，确定所需靶标22所在的靶轮盘21
的位置，再通过第一伺服电机31对靶轮盘21进行旋转，将所需靶标22转动到前挡板11的通光孔处即可；并且每次使用完所需靶标22后，均将靶标盘21复位至靶轮盘21上的通光孔的轴线与前挡板11的通光孔的轴线重合处，以便于下一次的使用。
83.简而言之，当需要切换实际测量需要的靶标盘21时，通过第二控制器控制第二伺服电机41转动即可实现；当需要切换同一个靶标盘21上的靶标22的位置时，通过第一控制器控制第一伺服电机31转动即可实现；将所需靶标22转动到通光孔位置时，还要转动位于所需靶标22所在靶标盘21之前的其他靶标盘21，保证其他靶标盘21的通光孔(即不安装靶标22的靶标安装孔28)的轴线均和前挡板11的通光孔的轴线重合(即位于所需靶标22所在靶标盘21之前的其他靶标盘21不遮挡所需靶标)。
84.综上所述，本发明提出了一种靶标自动切换装置。本发明采用多个靶轮盘单元并排安装，缩小了切换装置的体积，且靶轮盘21的数量可根据实际情况进行选择；通过控制单元5驱动两个伺服电机旋转即可实现靶轮盘21的选择和靶标22的精确切换与调整，无需人为更换或调整，减小了主观误差的引入；本发明结构简单，同时预留了与不同平行光管或光源配合使用的连接接口，可拓展性强；本发明整体切换效率高、自动化程度高、适用性强，能满足望远系统光学参数检测及其他多种光电设备性能检测的需要。
85.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
86.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
87.以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。